Дефекация
9-05-2017, 19:52
Важной задачей известково-углекислотной очистки, наряду с удалением несахаров и получением осадка с хорошими фильтрационными свойствами, является получение термоустойчивого очищенного сока, технологические свойства которого должны мало изменяться в процессе его сгущения на выпарной установке. Термоустойчивость очищенного сока зависит от содержания в нем редуцирующих веществ и амидов, т. е. от степени их разложения на преддефекации, основной дефекации.
Разложение редуцирующих веществ. Разложение редуцирующих веществ в технологическом процессе сахарного производства связано с образованием красящих веществ и ряда органических кислот, которые ухудшают качество продуктов.
В условиях сахарного производства разложение редуцирующих веществ (РВ) может протекать на всех стадиях технологического процесса. Поскольку продукты разложения РВ являются вредными с технологической точки зрения, то РВ, поступающие с сырьем, необходимо разложить до выпаривания, а именно на дефекации.
Необходимость разложения редуцирующих веществ на стадии известково-углекислотной очистки обусловлена тем, что в этом случае имеется возможность адсорбцией на СаСО3 на I сатурации удалить часть красящих веществ и кислот, образующихся при разложении РВ. Поэтому разложение РВ следует провести до I сатурации, т. к. в противном случае их разложение будет проходить затем на выпарной установке, что приведет к ухудшению качества сиропа и соответственно других продуктов.
Красящие вещества, образующиеся при щелочно-термическом разложении РВ, и ряд других неокрашенных несахаров адсорбцией на СаСО3 в процессе I сатурации удаляются лишь частично. Эффект их удаления составляет примерно 60%. Количество красящих веществ, образующихся при разложении одинакового количества РВ, зависит от механизма протекания щелочно-термического разложения последних. Сложность этого процесса подтверждается, в частности, тем, что при разложении глюкозы может образоваться, как показали исследования, более 100 различных соединений.
С технологической точки зрения для сахарного производства разложение РВ необходимо провести так, чтобы при этом меньше образовывалось красящих веществ и соответственно их влияние на качество очищенного сока и сиропа было по возможности меньше. Этого можно достичь, проводя разложение РВ на основной дефекации, сведя их разложение на преддефекации по возможности к минимуму.
И. Вашатко экспериментально установлено, что количество образующихся красящих веществ при разложении РВ зависит от щелочности и температуры. Им было показано, что при одинаковой температуре с повышением щелочности (точнее, количества СаО) количество образующихся красящих веществ уменьшается. Это подтверждено и результатами наших исследований, которые представлены на рис. 13.
Попытка некоторых авторов объяснить эту закономерность различной величиной скорости разложения РВ в зависимости от щелочности не выдерживает критики. Если бы это было связано со скоростью разложения РВ, то с повышением щелочности, рН, например путем добавления NaOH, цветность раствора должна бы снижаться, а она увеличивается.
С нашей точки зрения, разница в величине цветности растворов, получаемых при разложении РВ при различных щелочностях, связана с присутствием в растворе частичек нерастворившейся гидроокиси кальция, количество которой с повышением щелочности растет.
Это подтверждается и результатами экспериментальных исследований, которые показали, что при отсутствии в растворе нерастворившейся гидроокиси кальция растворы инвертного сахара, рН которых доводили до одинаковой величины при помощи Са(ОН)2 или NaOH, имеют идентичные кривые изменения цветности в процессе нагревания.
При нагревании растворов инвертного сахара в присутствии 3,0% СаО цветность растворов примерно на 50% ниже, чем если в растворе находилось всего 1,0% СаО.
Влияние нерастворившихся частичек Са(ОН)2 на цветность растворов можно объяснить адсорбцией на них, имеющих положительный заряд, промежуточных продуктов разложения РВ, которые вследствие этого не принимают участие затем в образовании красящих веществ.
О различной природе красящих веществ, образующихся в присутствии нерастворившихся частичек Са(ОН)2 и без них, свидетельствует эффективность их удаления адсорбцией на СаСО3. Красящие вещества, образовавшиеся при низкой щелочности, удаляются значительно хуже (при одинаковом расходе извести) при сатурировании, чем при высокой, т. е. в присутствии нерастворившихся частичек Са(ОН)2.
Приведенные выше результаты указывают на необходимость избегать разложения РВ при повышенных температурах и низких щелочностях. Соответственно из этого вытекает, что при холодной преддефекации образуется меньшее количество красящих веществ, т. е. она позволяет получить менее окрашенные сока, чем при горячей. На ППД разложение РВ незначительное, оно зависит от условий ее проведения. Основное разложение РВ происходит на основной дефекации при более высокой щелочности и температуре.
Процесс щелочно-термического разложения РВ, как и любой химической реакции, характеризуется величиной константы скорости разложения. На основании этой величины находится время, необходимое для разложения РВ, т. е. продолжительность дефекации. Величина константы скорости разложения РВ зависит главным образом от двух параметров: температуры и величины рН. Для определения этой величины рядом авторов предложен ряд уравнений. Рассчитанные по Уравнениям отдельных авторов значения константы скорости разложения РВ отличаются незначительно. Некоторое различие в полученных данных может быть связано с проведением исследований с модельными растворами РВ или же с производственными соками Величины константы скорости разложения РВ в условиях основной дефекации, согласно А.Р. Сапронову, приведены в табл. 29.
Знание константы скорости разложения РВ позволяет определить время для их полного разложения, используя уравнение
где т - время разложения, мин; х - степень разложения; К - константа скорости разложения, с-1; (1-х) - доля оставшихся неразложенных веществ.
Пусть на очистку поступает диффузионный сок с содержанием РВ 0,3% к массе сока. Содержание РВ в очищенном соке должно быть 0,02%. Температура дефекации t = 85?С. Определяем степень разложения РВ в долях
Основная часть РВ, даже при их высоком содержании в диффузионном соке, разлагается на холодной ступени дефекации при температуре 50?С в течение 15...20 мин. Для разложения оставшегося их количества при этой температуре даже при невысоком их содержании потребовалось бы значительное время. Применение же горячей ступени дефекации после 15...20 мин холодной дефекации позволяет в течение примерно 10 мин достичь необходимого содержания РВ (не более 0,025% к массе свеклы) и повысить степень разложения амидов. В этой связи длительность горячей ступени основной дефекации - максимум 20 мин.
Однако этого времени явно недостаточно для разложения амидов. Поэтому рекомендации относительно продолжительности основной дефекации неодинаковы. Так, в сахарной промышленности РФ продолжительность холодной ступени основной дефекации 15 мин, а горячей - 10 мин. На заводах же концерна Южный Сахар (Германия) длительность холодной ступени 5 мин, а горячей, наоборот, 20 мин.
Разложение редуцирующих веществ. Разложение редуцирующих веществ в технологическом процессе сахарного производства связано с образованием красящих веществ и ряда органических кислот, которые ухудшают качество продуктов.
В условиях сахарного производства разложение редуцирующих веществ (РВ) может протекать на всех стадиях технологического процесса. Поскольку продукты разложения РВ являются вредными с технологической точки зрения, то РВ, поступающие с сырьем, необходимо разложить до выпаривания, а именно на дефекации.
Необходимость разложения редуцирующих веществ на стадии известково-углекислотной очистки обусловлена тем, что в этом случае имеется возможность адсорбцией на СаСО3 на I сатурации удалить часть красящих веществ и кислот, образующихся при разложении РВ. Поэтому разложение РВ следует провести до I сатурации, т. к. в противном случае их разложение будет проходить затем на выпарной установке, что приведет к ухудшению качества сиропа и соответственно других продуктов.
Красящие вещества, образующиеся при щелочно-термическом разложении РВ, и ряд других неокрашенных несахаров адсорбцией на СаСО3 в процессе I сатурации удаляются лишь частично. Эффект их удаления составляет примерно 60%. Количество красящих веществ, образующихся при разложении одинакового количества РВ, зависит от механизма протекания щелочно-термического разложения последних. Сложность этого процесса подтверждается, в частности, тем, что при разложении глюкозы может образоваться, как показали исследования, более 100 различных соединений.
С технологической точки зрения для сахарного производства разложение РВ необходимо провести так, чтобы при этом меньше образовывалось красящих веществ и соответственно их влияние на качество очищенного сока и сиропа было по возможности меньше. Этого можно достичь, проводя разложение РВ на основной дефекации, сведя их разложение на преддефекации по возможности к минимуму.
И. Вашатко экспериментально установлено, что количество образующихся красящих веществ при разложении РВ зависит от щелочности и температуры. Им было показано, что при одинаковой температуре с повышением щелочности (точнее, количества СаО) количество образующихся красящих веществ уменьшается. Это подтверждено и результатами наших исследований, которые представлены на рис. 13.
Попытка некоторых авторов объяснить эту закономерность различной величиной скорости разложения РВ в зависимости от щелочности не выдерживает критики. Если бы это было связано со скоростью разложения РВ, то с повышением щелочности, рН, например путем добавления NaOH, цветность раствора должна бы снижаться, а она увеличивается.
С нашей точки зрения, разница в величине цветности растворов, получаемых при разложении РВ при различных щелочностях, связана с присутствием в растворе частичек нерастворившейся гидроокиси кальция, количество которой с повышением щелочности растет.
Это подтверждается и результатами экспериментальных исследований, которые показали, что при отсутствии в растворе нерастворившейся гидроокиси кальция растворы инвертного сахара, рН которых доводили до одинаковой величины при помощи Са(ОН)2 или NaOH, имеют идентичные кривые изменения цветности в процессе нагревания.
При нагревании растворов инвертного сахара в присутствии 3,0% СаО цветность растворов примерно на 50% ниже, чем если в растворе находилось всего 1,0% СаО.
Влияние нерастворившихся частичек Са(ОН)2 на цветность растворов можно объяснить адсорбцией на них, имеющих положительный заряд, промежуточных продуктов разложения РВ, которые вследствие этого не принимают участие затем в образовании красящих веществ.
О различной природе красящих веществ, образующихся в присутствии нерастворившихся частичек Са(ОН)2 и без них, свидетельствует эффективность их удаления адсорбцией на СаСО3. Красящие вещества, образовавшиеся при низкой щелочности, удаляются значительно хуже (при одинаковом расходе извести) при сатурировании, чем при высокой, т. е. в присутствии нерастворившихся частичек Са(ОН)2.
Приведенные выше результаты указывают на необходимость избегать разложения РВ при повышенных температурах и низких щелочностях. Соответственно из этого вытекает, что при холодной преддефекации образуется меньшее количество красящих веществ, т. е. она позволяет получить менее окрашенные сока, чем при горячей. На ППД разложение РВ незначительное, оно зависит от условий ее проведения. Основное разложение РВ происходит на основной дефекации при более высокой щелочности и температуре.
Процесс щелочно-термического разложения РВ, как и любой химической реакции, характеризуется величиной константы скорости разложения. На основании этой величины находится время, необходимое для разложения РВ, т. е. продолжительность дефекации. Величина константы скорости разложения РВ зависит главным образом от двух параметров: температуры и величины рН. Для определения этой величины рядом авторов предложен ряд уравнений. Рассчитанные по Уравнениям отдельных авторов значения константы скорости разложения РВ отличаются незначительно. Некоторое различие в полученных данных может быть связано с проведением исследований с модельными растворами РВ или же с производственными соками Величины константы скорости разложения РВ в условиях основной дефекации, согласно А.Р. Сапронову, приведены в табл. 29.
Знание константы скорости разложения РВ позволяет определить время для их полного разложения, используя уравнение
где т - время разложения, мин; х - степень разложения; К - константа скорости разложения, с-1; (1-х) - доля оставшихся неразложенных веществ.
Пусть на очистку поступает диффузионный сок с содержанием РВ 0,3% к массе сока. Содержание РВ в очищенном соке должно быть 0,02%. Температура дефекации t = 85?С. Определяем степень разложения РВ в долях
Основная часть РВ, даже при их высоком содержании в диффузионном соке, разлагается на холодной ступени дефекации при температуре 50?С в течение 15...20 мин. Для разложения оставшегося их количества при этой температуре даже при невысоком их содержании потребовалось бы значительное время. Применение же горячей ступени дефекации после 15...20 мин холодной дефекации позволяет в течение примерно 10 мин достичь необходимого содержания РВ (не более 0,025% к массе свеклы) и повысить степень разложения амидов. В этой связи длительность горячей ступени основной дефекации - максимум 20 мин.
Однако этого времени явно недостаточно для разложения амидов. Поэтому рекомендации относительно продолжительности основной дефекации неодинаковы. Так, в сахарной промышленности РФ продолжительность холодной ступени основной дефекации 15 мин, а горячей - 10 мин. На заводах же концерна Южный Сахар (Германия) длительность холодной ступени 5 мин, а горячей, наоборот, 20 мин.